ion exchange

LAPORAN PRAKTIKUM PTK IV

DESTILASI

Revika Nurbayani Syabaan 2009430070

Teknik Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Jakarta

2012

ION EXCHANGE

MAKSUD DAN TUJUAN

1. Praktikan diharapkan dapat memahami prinsip kerja alat ion exchange pada proses

pelunakan air dan demineralisasi air.

2. Praktikan dapat mengetahui aplikasi alat ion exchange pada dunia industri.

TEORI PERCOBAAN

Ion exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ion-ion dalam suatu

larutan ditukar dengan suatu penukar ion (berupa resin), padatan, gel. Tipe-tipe penukar

ionadalah resin penukar ion, zeolit, montmorillonite, tanah liat dan humus. Penukar ion

adalah salah satu penukar kation untuk anion bermuatan positif dan penukar anion

untuk ion bernuatan negatif. Ada juga ipenukar ion yang disebut mix ber yang

mempunyai anion dan kation dan dapat menggantikan resin. Pertukaran ion adalah

suatu proses reversibel dimana penukar ionnya dapat diregenerasi melalui suatu

pencucian dengan suatu kelebihan ion yang dapat ditukar.

Kegunaan Ion exchange:

1. Pada industri pemurnian air untuk menghasilkan air lunak. Hal ini terpenuhi dengan

pertukaran ion antara Ca2+, dan Mg2+ terhadap Na+ dan H+.

2. Pada industri biokimia untuk memisahkan molekul seperti protein. Proses ini

diterapkan juga pada pelunak air.

3. Pada industri makanan, hydronetallurgi, finishing metal, bahan kimia dan

petrokimia, farmasi, gyla, pemanis buatan, air tanah, air minum, air industri, nuklir

dan lain-lain.

4. Untuk membuat air demin dan air lunak sebagai air umpan dan make up water pada

boiler.

Proses pertukaran ion

Proses Softening (pelunakan)

Proses pelunakan termasuk dalam proses pertukaran ion untuk menghilangkan ion-

ion terlarut yang tidak dapat dihilangkan melalui proses klarifikasi dan flokulasi.

Ion Exchange, PTK 4 - 1

Dalam proses ini air di lewatkan ke suatu kolom yang berisi resin penukar ion. Pada

waktu kontak dengan resin tersebut beberapa ion dalam air akan ditukar dengan ion lain

yang terikat dalam resin.

Pada proses ini ion yang ditukar adalah ion positif (kation) khususnya yang

mempengaruhi kesadahan air yaitu ion Ca dan Mg yang akan ditukar dengan ion

Natrium (Na+).

Tujuan pelunakan air adalah untuk menurunkan atau menghilangkan kesadahan air.

Dengan kandungan air sadah yang rendah dapat meminimalisasikan terbentuknya kerak

jika digunakan sebagai air umpan boiler dan air pendingin.

Tahapan deionizer:

Tahap kation exchange

Pada tahap ini kandungan garam mineral dikurangi. Kation dan garam-garam

mineral adalah Ca, Mg, Na, K. Mineral tersebut memiliki afinitas yang lebih tinggi dari H 2

sehingga pada proses kation exchange, kation-kation tersebut dapat menggeser ion

dalam persenyawaan resin. Reaksi yang terjadi adalah:

2 R-SO3 + Ca SO4 (R-So3)2Ca

Tahap Anion Exchange

Merupakan tahao lanjutan dari kation exchange. Prinsip kerjanya sama dengan

kation exchange hanya saja resin yang digunakan berbeda yaitu:

Weakly basic anion exchange, hanya dapat menghilangkan klor dan nitrat.

Reaksinya :

RNH3 + HCl RNH3Cl + H2O

Strong basic anion exchange, dapat menhilangkan anion-anion kuat, asam silika,

sulfat dan karbonat.

Reaksi yang terjadi:

R4NaOH + HsiO3 R4NHSiO3 + H2O

Air yang dihasilkan dari proses diatas ditampung dalam tangki air murni (pure water

tank).


Reaksi yang terjadi selama proses pelunakan air adalah:

R- Na + Ca++ R-Ca + Na+

Mg++ R-Mg

Dimana

R-Ca akan terikat pada resin,

kation Na+ akan terbawa oleh air.

Setelah gugus Na+ pada resin terpakai habis (tertukar seluruhnya) maka resin harus

diaktifkan kembali dengan cara regenerasi dengan menggunakan larutan NaCl.

Reaksi yang terjadi selama regenerasi resin:

Na + R-Ca Ca++ + R- Na+

R-Mg Mg++

Dimana:

R-Na merupakan resin yang siap dipakai kembali

Kation Ca++ dan kation Mg++ akan dibuang

Air yang dihasilkan dari proses pelunakan disebut soft water yang umumnya dipakai

sebagai air make-up dan air umpan boiler yang beroperasi pada tekanan rendah.

Secara umum proses yang terjadi pada proses penukaran ion adalah:

1. Proses pertukaran ion

2. Back wash

Pencucian untuk menghilangkan pedatan yang terperangkap di pori-pori antar

resin, aliran mengalir dari bawah ke atas.

3. Regenerasi (pengaktifan kembali)

Proses regenerasi menggunakan regenerant seperti NaCl atau HCl sesuai kebutuhan

dimana aliran mengalir dari atas ke bawah.

4. Rinse (pengambilan regenerant)

Proses ini bertujuan untuk menghilangkan regenerant yang masih tersisa pada

kolom.


Proses Deionisasi

Jika pada proses pelunakan yang ditukar adalah ion-ion hardness yaitu Ca dan Mg

maka pada proses deionisasi (denineralisasi) semua kation termasuk ion natrium ditukar

dengan ion hidrogen (H+) dan semua anion ditukar dengan hidroksil (OH-). Yang dapat

ditukar anionnya yaitu terdiri dari; bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO3

2-), silikat (SiO32-),

sulfat (SO42-) dan klorida (Cl-).

Dalam pelaksanaannya proses deionisasi dilaksanakan 2 tahap yaitu:

1. Pertukaran kation

R-H + Ca++ R-Ca

Mg++ R-Mg + H+

Na+ R-Na

Dimana

R-Ca, R-Mg dan R-Na akan terikat pada resin

Ion H+ akan terbawa air

2. Pertukaran Anion

R-OH + HCO3- R – HCO3 + H2O

Terikat di resin terbawa air

Sama seperti pada proses pelunakan setelah kapasitas penukar ion terpakai habis

maka perlu dilakukan regenerasi dengan regenerant yang sesuai. Larutan asam klorida

atau asam sulfat biasa digunakan untuk penukar kation dan penukar anion.

Reaksi yang terjadi selama proses regenerasi:

1. Pertukaran Kation

R-Ca Ca++

R-Mg + H+ R-H (dipakai lagi) + Mg++

R-Na Na+

2. Pertukaran Anion

R-HCO3 +OH- R-OH + HCO3-


Air yang dihasilkan dari proses ini disebut demin water dan banyak digunakan

sebagai air make-up atau air umpan boiler tekanan tinggiataupun tekanan rendah dan

sedang.

Resin ion excahnge dari resin:

Na+ + RH H+ + Rna

Dimana R merupakan resin yang berasal dari grup tipe asam. Resin mempunyai

kapasitas pertukaran ion yang terbatas. Jumlah total tetap dari resin asam per gramnya

sama dengan jumlah konsentrasi dari R-H dan R-Na dengan konstan.

Seperti terulis pada persamaan

RH + RNa = qm

Hal yang sama juga terdapat pad fase larutan di luar resin yaitu total konsentrasi

molar dari H2 dan sodium adalah konstan.

Seperti terlihat pada persamaan

H+ + Na+ = Co

Persamaan pada kesetimbangan adalah:

H+ RNa / Na+ RH = (Co-C)q* / c (qm- q+)

Dimana G dan q* mewakili konsentrasi kesetimbangan dari natrium.

Resin Penukar Ion

Resin penukar ion adalah suatu matriks yang tidak dapat larut , yang memiliki

diameter ± 1-2 mm. Resin tersebut pada umumnya berwarna putih atau kekuning-

kuningan terbuat dari suatu substrat polimer organik. Ada beberapa jenis resin penukar

ion yang berbeda.

Resin ini digunakan secara ekstensif untuk pelunakan air selama proses pemurnian

air. Pada perkembangan selanjutnya sebagai bahan alternaatif yang lebih fleksibel

pengganti resin menggunakan zeolit alami atau turuan.

Kebanyakan resin penukar ion terbuat dari polisytrene yang memiliki ikatan cross

linker pada umumnya dicapai dengan menambahkan suatu proporsi kecil divinyl

benzene ke dalam styrene. N0n-crosslinker polimer juga digunakan hanya saja jarang

dipakai karena kecenderungan polimer tersebut untuk mengubah dimensi pada ikatan

ion. Bagaimanapun banyak sedikitnya ikatan crosslinked tergantung kapasitas resin dan

untuk memperpanjang waktunya dapat dicapai kesetimbangan ion dalam larutan dan

dalam resin.


ALAT DAN BAHAN

Alat1. Alat ion exhange2. Beaker glass3. Buret4. Pipet5. Erlenmeyer6. Timbangan digital

Bahan1. CaCl2 0,05 N 2. NaCl 10%3. Asam oksalat 0,05 N4. NaOH 0,05 N

PROSEDUR PERCOBAAN

Pembilasan Resin Kation1. Sistem dibilas dengan menggunakan aquadest untuk membersihkan residu atau

kotoran pada saat terakhir digunakan.

2. Aquadest sebanyak 5 liter dimasukkan ke dalam reservoir untuk diukur

konduktivitasnya. Valve dipastikan dalam keadaan tertutup rapat.

3. Resin kation dibilas dengan aliran menurun dengan membuka katup V2 dan V10.

4. Letakkan selektor tube kedalam reservoir air deionisasi den mulai dinyalakan

pompa dengan lajua alir 70%.

5. Katup by-pass dibuka penuh dengan tujuan memindahkan residu dari operasi

sebelumnya.

6. Setelah itu diatur agar alirannya lebih kecil.

7. Diatur katup kontrol sehingga laju alir antara 35-40 cm3/ menit.

8. Diamati dan diukur kondektivitasny.

9. Kemudian air yang sudah terdeionisasi dibilas dengan membuka katup v4 dan

v8.

10. Katup ditutup setelah semua residu telah hilang.

Pengukuran Analat

1. Disiapkan larutan CaCl2 0,05 M dan diukur kondektivitasnya.

2. Kemudian pompa dinyalakan dengan 70% aliran.

3. Katup bay-pass dibuka penuh, setalah kotoran hilang diatur sampai aliran

mengecil dan berhenti.


4. Katup kontrol diatur sehingga laju alir 35-40 cm3/menit.

5. Setelah itu ukur konduktivitasnya dan amat perubahan nilai konduktivitasnya

setiap 5 detik.

6. Pengukuran dihentikan jika nilai konduktivitasnya naik.

7. Pompa dimatikan dan ditentukan total waktu yang diperlukan untuk mencapai

titik break through dari grafik konduktivitas terhadap waktu.

8. Dihitung jumlah sample yang melewati kolom sebelum titk breqak-through.

Regenerasi Kation

1. Regenerasi dilakukan denan NaCl 10% dengan arah aliran menurun.

2. Laju alir regeneran diatur pada 60 cm3/menit dengan waktu kontak 40 menit.

3. Kemudian resin dibilas dengan air deionisasi dengan laju alir 35-40 cm3/menit

sampai nilai konduktivitasnya mendekati nilai konduktivitas dari air drionisasi.

4. Tangki regenerant dibilas dengan air deionisasi.

DATA PERCOBAAN

Pembuatan Larutan :

CaCl2 0,05 M, dalam 4000 ml

w = 0,0 5 M 111 4 000 = 22.2 gram 1000

NaOH 0,05 M, dalam 100 ml

w = 0,05 N 40 100 = 0,20 gram 1000

Konsentrasi Asam Oksalat

Gram Asam Oksalat = 0.29 gram,

N = 0 .29 gram 1000 = 0.046 N 63 100

NaCl 1% dalam 4 liter air

NaCl 40 gram dilarutkan dalam 4 liter air.

Standarisasi NaOH dengan Asam Oksalat :

VNaOH . NNaOH = VOksalat . NOksalat


NNaOH = 10 ml 0.0460N = 0.0410 N 11 ml

Konsentrasi CaCl2 Sebelum Percobaan

V CaCl2 = 100 ml

V NaOH = 0.9

N NaOH = 0.0410

V CaCl2 . N CaCl2 =VNaOH . NNaOH

NCaCl2 = 0.9 ml 0.0410 = 3.69 10-4 N 100 ml

Konsentrasi CaCl2 Sebelum Percobaan

V CaCl2 = 100 ml

V NaOH = 0.3

N NaOH = 0.0410

V CaCl2 . N CaCl2 =VNaOH . NNaOH

NCaCl2 = 0.3 ml 0.0410 = 1.23 10-4 N 100 ml

Menghitung KPK

Tabel Konduktivitas Sample Terhadap Waktu

Waktu (detik)Konduktivitas

(µs) Waktu (detik)Konduktivitas

(µs)0 489 330 448

30 488 360 46060 4488 390 467

90 446 420 468120 447 450 469150 447 480 471180 447 510 468210 447 540 468240 447 570 468270 447 600 468300 447


PEMBAHASAN

Sebelum dilakukan proses ion exchange dilakukan terlebih dahulu proses

pembilasan resin kation dengan menggunakan air deionisasi. Pada proses kation

exchange ion Ca2= diikat oleh resin dan air melepaskan ion H+ nya. Pada proses

regenerasi resin kation dilakukan ion Cl- dan NaCl mengikat ion Ca2+.

KESIMPULAN

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui aplikasi dari proses demineralisasi air

yaitu proses penghilangan kandungan ion-ion baik itu positif maupun ion negatif pada

air.

Berdasarkan percobaan, KPK resin yang digunakan adalah 1.353 %.

DAFTAR PUSTAKA

Anonimus, 2003. Penuntun Praktikum Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Jakarta.

Warren L. Mc Cabe,Julian C. Smith, dan Peter Harriot. E. Jasjfi, 1993. Operasi Teknik

Kimia; jilid 2 ,edisi keempat. Erlangga, Jakarta.

TUGAS


1. Analisa kesalahan min 3

Alat turbidimeter belum dikalibrasi

Resin yang belum di regenerasi

Salah dalam pembacaan volume titrasi

2. Buat grafik

3. Aplikasi di industri

Dalam industri, Ion exchange digunakan dalam pembuatan air demin, selain dengan

sistem Ro, juga untuk melunakkan air yang akan digunakan sebagai umpan boiler,

karena kandungan ion Ca dan Mg dalam air dapat menyebabkan scale pada boiler

dan mengakibatkan heat transfer boiler tidak maksimal.


ion exchange

Documents